Connus également sous l’acronyme MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), les accéléromètres envahissent progressivement notre quotidien, sans même qu’on y prenne garde. Dans nos automobiles, ces capteurs servent, par exemple, au déclenchement des airbags. Ils se glissent dans les manettes de jeu de la Wii mais aussi dans les appareils photos et les caméscopes pour stabiliser l’image. Dans certains ordinateurs portables, ils provoquent le blocage de la tête de lecture du disque dur en cas de chute. Depuis peu, leur terrain de prédilection devient celui des appareils mobiles comme les baladeurs ou les smartphones. Basculement automatique du mode d’affichage, activation du mode économique lorsque les capteurs ne détectent plus de mouvement durant un laps de temps donné, déconnexion de l’écran tactile, leur champ d’action évolue rapidement.
Peignes à capacité variable
Un accéléromètre est, en fait, un composant de très petite taille qui associe divers éléments réalisés sur une galette de silicium, le wafer. La partie électronique relève des procédés de fabrication des circuits intégrés. Quant à la réalisation mécanique, elle consiste à éliminer certaines parties de cette galette ultrafine de silicium ou au contraire à ajouter de nouvelles couches pour lui donner la forme voulue.Le premier accéléromètre sur silicium date de 1979. Les recherches s’effectuaient alors par la mesure du déplacement d’une masse suspendue verticalement. En 1984, à la demande d’une entreprise aéronautique, le laboratoire électronique du CEA (Commissariat à l’énergie atomique) fait évoluer significativement la mesure d’accélération. L’entreprise cherche à évaluer le déplacement dans un des trois axes de l’espace sans que les mouvements dans les autres axes ne puissent le perturber. Ainsi le laboratoire tente de détecter les mouvements depuis un plan horizontal. Pour y parvenir, les ingénieurs gravent de façon particulière une plaque de silicium. Dans un plan, deux minuscules “ peignes ”, pourvus de centaines de dents, l’un fixe, l’autre mobile, sont placés face à face. Ces peignes se comportent comme un condensateur dont la capacité dépend de la distance qui les sépare. L’objet sur lequel porte la mesure est équipé des deux peignes. Au moindre mouvement, les dents de la partie mobile bougent de quelques microns, faisant migrer les charges de l’une à l’autre. En mesurant la capacité électrique, le laboratoire parvient à évaluer l’accélération qui a produit le phénomène. Ce système prévaut encore aujourd’hui. Au début, les accéléromètres détectaient l’accélération dans une seule direction, une restriction parfois handicapante. Mieux vaut en effet éviter le déclenchement d’un airbag lors du passage du véhicule sur un nid de poule, c’est-à-dire quand l’accélération, même brutale, s’opère selon un axe vertical et non horizontal. C’est pourquoi les fabricants ont mis au point des accéléromètres “ triaxiaux ” (réactifs en largeur, hauteur et profondeur) qui facilitent la mesure et interprètent de façon plus précise les données.
Capteurs et gyroscopes
Pour permettre leur intégration dans les appareils mobiles, les dimensions des accéléromètres ont été réduites. “ Nos produits comprennent un microcontrôleur qui transcrit les informations analogiques liées aux déplacements en données numériques avant de les communiquer au processeur central. Leurs tailles ne dépassent pas 3 mm de largeur pour une épaisseur de 0,9 mm ”, précise Thierry Cammal, directeur marketing chez le fabricant Freescale.Les techniques de détection sont multiples, notamment piézoélectrique (la pression mécanique créée par l’accélération fait naître une tension électrique aux bornes d’un quartz), optique ou encore capacitive… C’est cette dernière méthode la plus utilisée aujourd’hui dans le domaine des mobiles. La partie du capteur sensible à l’accélération (appelé corps d’épreuve ou masse sismique) est une électrode mobile. Comme pour les peignes mis au point par le CEA, une capacité se forme entre l’électrode mobile et la partie fixe du système. Lors d’une accélération, la détection consiste à évaluer les variations de capacité quand l’électrode mobile s’éloigne ou se rapproche de l’élément fixe. “ L’évolution porte désormais sur les gyroscopes qui sont encore plus précis car la détection des mouvements est couplée avec un capteur magnétique. On s’oriente aussi sur des “ sensors intelligents ”, l’accéléromètre pouvant être couplé à des capteurs de pression ”, ajoute Thierry Cammal. Les capteurs d’émotions ne seraient plus si loin…Les enjeux pour les fabricants sont importants y compris sur l’aspect logiciel (Api pour s’affranchir des OS mobiles, microcontrôleurs et algorithmes de plus en plus sophistiqués). Le cabinet iSupply estime que 2 % des terminaux mobiles incluaient un accéléromètre en 2007. En 2008, le ratio atteint 10 % sur un volume de 1,29 milliard de terminaux écoulés. Soit quelque 900 millions de capteurs MEMS livrés contre 65 millions l’année précédente. STMicroelectronics, Freescale, Analog Devices ou encore Invensense comptent parmi les grands acteurs du marché. Marché qui suscite la convoitise…
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